Проектирование системы электроснабжения и выбор электрооборудования для комплекса по производству овощных закусочных консервов: Детализированное руководство для курсовой работы

Расчет электрических нагрузок является наиболее ответственным этапом при проектировании системы электроснабжения предприятий, так как именно он в значительной степени определяет объем капитальных вложений в энергетическое строительство. В условиях современного промышленного производства, где энергоэффективность и надежность являются ключевыми факторами успеха, разработка оптимальной системы электроснабжения приобретает особую актуальность. Данная курсовая работа посвящена проектированию системы электроснабжения (ЭСН) и выбору электрооборудования (ЭО) для комплекса по производству овощных закусочных консервов.

Актуальность темы для будущих инженеров-энергетиков обусловлена необходимостью формирования глубоких знаний и практических навыков в области электроснабжения промышленных предприятий. В рамках работы будут решены комплексные задачи, включающие в себя расчеты электрических нагрузок с учетом специфики пищевого производства, обоснование выбора средств компенсации реактивной мощности, проектирование схемы электроснабжения, выбор силовых трансформаторов и распределительных устройств, а также коммутационно-защитной аппаратуры. Особое внимание будет уделено расчету токов короткого замыкания и проектированию заземляющего устройства, что критически важно для обеспечения безопасности. Завершающим этапом станет всестороннее технико-экономическое обоснование принятых решений, демонстрирующее системный подход и строгое соответствие нормативным требованиям.

Общая характеристика объекта и исходные данные

Перед тем как приступить к детальному проектированию, необходимо глубоко понять специфику объекта – комплекса по производству овощных закусочных консервов. Это не просто набор машин, а сложная взаимосвязанная система, где каждый этап технологического процесса предъявляет свои уникальные требования к электроснабжению, формируя особый профиль нагрузок и определяя условия эксплуатации электрооборудования, а значит, и конечную эффективность всего производства.

Краткая характеристика производства и технологического процесса

Производство овощных закусочных консервов – это многоэтапный процесс, каждый из которых характеризуется использованием специфического оборудования и режимами работы. Начинается все с приемки и мойки сырья, где задействованы конвейеры, насосы, моечные машины. Здесь нагрузки относительно стабильны, но высока потребность в защите оборудования от влаги и абразивных частиц. Далее следует нарезка и бланширование, где работают дисковые и барабанные ножи, бланширователи. Эти машины могут создавать переменные нагрузки, связанные с цикличностью подачи сырья.

Фасовка и стерилизация – ключевые этапы, определяющие качество и срок годности продукции. Фасовочные аппараты, дозаторы, а также автоклавы для стерилизации являются одними из наиболее энергоемких потребителей. Режим работы автоклавов характеризуется пиковыми нагрузками при нагреве и стабильной работой в процессе поддержания температуры. Укупорка и хранение – завершающие стадии. Здесь используются укупорочные машины, а также холодильные установки и системы вентиляции для обеспечения оптимальных условий хранения готовой продукции. Холодильное оборудование работает циклично, с периодами пуска компрессоров, что также формирует пиковые токи.

Специфика технологического процесса в пищевой промышленности диктует несколько важных условий для электроснабжения:

• Высокая влажность и агрессивные среды: Постоянное присутствие воды, пара, моющих и дезинфицирующих растворов требует использования электрооборудования с повышенной степенью защиты от влаги и коррозии (не ниже IP54, а в отдельных зонах – IP65-IP67), что является критически важным для долговечности и безопасности.
• Цикличность и пиковые нагрузки: Запуск крупных электродвигателей, работа насосов и компрессоров, нагрев стерилизаторов приводят к значительным колебаниям потребляемой мощности. Это требует тщательного расчета пусковых токов и выбора аппаратуры с соответствующей отключающей способностью.
• Гигиенические требования: Необходимость регулярной санитарной обработки помещений и оборудования накладывает ограничения на используемые материалы и конструкции электроустановок, исключая места скопления грязи и обеспечивая легкость очистки.
• Многосменность работы: Пищевые производства часто работают в несколько смен, что приводит к длительной непрерывной работе оборудования и требует повышенной надежности электроснабжения.

Классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности

Классификация помещений – это фундаментальный шаг, который определяет не только выбор электрооборудования, но и всю архитектуру системы электроснабжения с точки зрения безопасности. В комплексе по производству овощных закусочных консервов мы можем выделить следующие категории:

• Производственные цеха (мойка, нарезка, фасовка, стерилизация, укупорка): Эти помещения, как правило, относятся к категории «сырые» или «особо сырые» по электробезопасности (ПУЭ 1.1.8-1.1.13) из-за высокой влажности, конденсации пара, возможных брызг воды. В таких зонах требуется применение электрооборудования в герметичном исполнении (например, светильники с классом защиты IP65, электродвигатели с IP54 и выше). Возможно образование взрывоопасных зон при использовании спиртосодержащих растворов или при хранении некоторых добавок, но для овощных консервов это маловероятно, если только нет специфического оборудования. По пожаробезопасности чаще всего это помещения категории В1-В4 (по СП 12.13130.2009) из-за наличия горючих материалов (упаковочные материалы, масла).
• Склады готовой продукции и сырья: Здесь условия более сухие, но могут быть пыльные зоны. Холодильные камеры – это помещения с пониженными температурами, что требует специального исполнения электрооборудования, устойчивого к холоду. По электробезопасности – обычно «сухие» или «влажные». По пожаробезопасности – категории В1-В4.
• Административные и бытовые помещения: Это стандартные «сухие» помещения по электробезопасности и категории Г или Д по пожаробезопасности, с минимальными требованиями к оборудованию.
• Трансформаторные подстанции (ТП) и распределительные пункты (РП): Эти помещения являются электроустановками и должны соответствовать особым требованиям ПУЭ в части обеспечения доступа, вентиляции, пожаротушения и электробезопасности.

Обоснование выбора электрооборудования с соответствующей степенью защиты:

На основе данной классификации, выбор электрооборудования должен производиться с учетом следующих принципов:

• Электродвигатели: Для насосов, конвейеров, блендеров, стерилизаторов – степень защиты не ниже IP54, а в местах прямого воздействия воды – IP65.
• Осветительная арматура: В производственных цехах – IP65, в складских и административных – IP20-IP44.
• Распределительные щиты, шкафы управления: В производственных зонах – IP54 или IP65, с возможностью обогрева для предотвращения конденсации. В сухих зонах – IP31-IP44.
• Кабельные трассы: Использование кабелей с оболочкой, устойчивой к влаге, маслам и агрессивным средам (например, бронированные кабели или кабели в металлических трубах/лотках с высокой степенью защиты).
• Защита от коррозии: Все металлические конструкции и корпуса оборудования должны быть выполнены из нержавеющей стали или иметь антикоррозийное покрытие, что увеличивает срок службы и снижает риски.

Категория надежности электроснабжения электроприемников

Определение категории надежности электроснабжения – это краеугольный камень проектирования, напрямую влияющий на выбор схемы электроснабжения, уровень резервирования и, как следствие, на капитальные затраты и эксплуатационные расходы. ПУЭ (п.1.2.18 ПУЭ 7) четко разделяет потребителей на три категории. Для комплекса по производству овощных закусочных консервов, с его непрерывным циклом и высокими требованиями к качеству продукции, категории распределяются следующим образом:

• Потребители I категории:
  • Особая группа I категории: Это электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой угрозу жизни людей, значительный ущерб для производства, массовый брак продукции или выход из строя дорогостоящего оборудования. Для комплекса консервов к ним относятся:
    • Системы автоматического пожаротушения и противопожарной сигнализации: Абсолютно критичны для безопасности персонала и сохранности имущества.
    • Аварийное освещение и системы эвакуации: Жизненно важны для обеспечения безопасности персонала при аварийных ситуациях.
    • Системы аварийной вентиляции: В случае утечки аммиака (если используется в холодильных установках) или других опасных веществ.
    • Ключевые контрольно-измерительные приборы и автоматика: Обеспечивающие безопасное управление технологическими процессами (например, контроль давления и температуры в автоклавах).
    • Некоторые насосы для поддержания технологических процессов (например, система охлаждения автоклавов): Их остановка может привести к перегреву оборудования и аварии.
  • Требование: Два независимых, взаимно резервирующих источника питания, и для особой группы – третий независимый источник (дизель-генератор, ИБП).
• Потребители II категории:
  • Электроприемники, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недовыпуску продукции, массовому браку, простоям рабочих, нарушению нормальной деятельности значительного числа городских жителей. Для консервного производства это:
    • Основные технологические линии: Стерилизаторы, фасовочные машины, бланширователи, насосы подачи сырья, конвейеры. Их остановка ведет к потере готовой продукции, порче сырья и значительным экономическим убыткам.
    • Холодильные установки для хранения готовой продукции: Длительный перерыв в их работе приведет к порче консервов.
    • Системы вентиляции и кондиционирования производственных цехов: Критичны для поддержания санитарных условий и комфорта персонала.
    • Водонасосные станции: Обеспечивающие подачу воды для технологических и санитарных нужд.
  • Требование: Два независимых, взаимно резервирующих источника питания. Допускается автоматическое или ручное переключение на резерв.
• Потребители III категории:
  • Все остальные потребители, не отнесенные к первой или второй категории. Перерыв в электроснабжении которых не влечет за собой серьезных последствий.
  • Примеры: Освещение административно-бытовых помещений, розетки общего назначения, вспомогательное оборудование мастерских, отопительные системы (если не критичны для технологического процесса).
  • Требование: Один источник питания.

Разделение электроприемников по категориям надежности обусловлено не только прямыми экономическими потерями, но и угрозой для здоровья персонала, риском масштабных аварий и порчи продукции. Например, остановка стерилизаторов во время цикла может привести к необходимости утилизации всей партии продукции, а перебои в работе холодильных установок – к порче уже произведенных консервов. Таким образом, обеспечение надежности электроснабжения для I и II категорий является приоритетом, требующим соответствующего резервирования и схемных решений, что в конечном итоге обеспечивает бесперебойность и безопасность производства.

Расчет электрических нагрузок комплекса

Расчет электрических нагрузок – это отправная точка любого проекта электроснабжения. Ошибка на этом этапе может привести как к избыточным капитальным затратам (при завышении мощностей), так и к ненадежной работе системы, перегреву оборудования и авариям (при занижении). Важно учесть не только номинальные мощности, но и специфику режимов работы оборудования пищевого производства, чтобы обеспечить оптимальное функционирование и экономичность всей системы.

Методики расчета электрических нагрузок

Методика определения электрических нагрузок, являющаяся исходными данными для проектирования систем электроснабжения потребителей всех отраслей народного хозяйства, приведена в РТМ 36.18.32.4-92. Этот документ представляет собой основной ориентир для инженеров-проектировщиков.

Существует несколько основных методов расчета, но для промышленных предприятий, таких как комплекс по производству овощных закусочных консервов, наиболее применимы:

1. Метод коэффициента спроса (K_с): Один из самых распространенных и достаточно точных методов для групп однотипных электроприемников. Расчетная мощность определяется как сумма номинальных мощностей электроприемников, умноженная на коэффициент спроса, который учитывает одновременность работы и степень загрузки оборудования.
   • Pрасч = Kс ⋅ ΣPном
   • Qрасч = Kс ⋅ ΣQном
   • Sрасч = √(Pрасч2 + Qрасч2)

   где Pном, Qном – номинальные активная и реактивная мощности отдельных электроприемников.

2. Метод упорядоченных диаграмм (коэффициентов использования K_и и максимума K_max): Применяется для групп разнотипных электроприемников или для цехов в целом. Он позволяет учесть неравномерность загрузки оборудования во времени. Основные этапы:
   • Определение коэффициента использования Kи для каждого электроприемника.
   • Расчет средней активной мощности Pср = Kи ⋅ Pном.
   • Расчет эффективного числа электроприемников nэ.
   • Определение коэффициента максимума Kmax по графикам или таблицам в зависимости от Kи и nэ.
   • Расчет максимальной активной мощности Pmax = Kmax ⋅ Pср.

РТМ 36.18.32.4-92 не распространяется на электроприемники с резкопеременным графиком нагрузки (дуговые электропечи, контактная электросварка), что подтверждает его применимость для большинства оборудования пищевой промышленности, которое имеет относительно стабильный режим работы, хотя и с возможными циклическими пусками. Что из этого следует? Применение данных методик позволяет с высокой точностью прогнозировать потребление энергии и правильно выбирать электрооборудование, избегая перерасхода средств и гарантируя надежность.

Расчет низковольтных нагрузок (до 1 кВ)

Расчет электрических нагрузок на уровне до 1 кВ – это фундамент, определяющий выбор сечений проводников и защитных аппаратов для каждой распределительной линии. Он выполняется для каждого узла питания, который может быть:

• Распределительный пункт (РП).
• Распределительный шкаф.
• Групповая сборка.
• Щит станций управления (ЩСУ).
• Цеховая трансформаторная подстанция (ТПЦ).

Порядок расчета:

1. Сбор исходных данных: Для каждой группы электроприемников собираются данные о номинальной мощности (Pном), коэффициенте мощности (cos φ), количестве электроприемников, а также коэффициентах использования (Kи) и спроса (Kс), которые могут быть взяты из справочников или технологических заданий.
2. Определение эффективного числа электроприемников (n_э): Этот параметр учитывает разнотипность и неравномерность работы группы.
   • Для небольшого числа электроприемников или однотипных групп:
     nэ = ΣPн / pн
     где ΣPн — групповая номинальная (установленная) активная мощность, а pн — номинальная (установленная) мощность одного электроприемника.
   • При значительном числе электроприемников (например, для магистральных шинопроводов, шин цеховых ТП, цеха в целом):
     nэ = 2ΣPн / pн.макс
     где pн.макс — номинальная мощность наиболее мощного электроприемника группы.

   Важно помнить, что расчетная мощность любой группы электроприемников не может быть меньше номинальной мощности наиболее мощного электроприемника группы.

3. Расчет коэффициента расчетной мощности (K_р): Этот коэффициент учитывает вероятность одновременной работы электроприемников с максимальной загрузкой. Kр зависит от nэ, средневзвешенного коэффициента использования Kи.ср, а также от постоянной времени нагрева сети (TO).
   • Постоянная времени нагрева сети (T_O):
     • Для сетей напряжением до 1 кВ, питающих распределительные шинопроводы, пункты, сборки, щиты: TO = 10 мин. Это значение используется для кратковременных перегрузок, когда оборудование может работать на пределе, но за короткий промежуток времени.
     • Для магистральных шинопроводов и цеховых трансформаторов: TO = 2,5 ч. Этот параметр важен для определения длительных установившихся режимов работы, которые влияют на выбор мощности трансформаторов и сечений магистральных кабелей.
4. Расчет активной (Pр), реактивной (Qр) и полной (Sр) расчетной мощности:
   • Pр = Kр ⋅ ΣPном
   • Qр = Pр ⋅ tg φср
   • Sр = √(Pр2 + Qр2)

На основе этих расчетов определяются расчетные токи для каждой линии, что позволяет выбрать соответствующее сечение проводников и номиналы защитных аппаратов.

Расчет высоковольтных нагрузок (10 (6) кВ и выше)

После определения низковольтных нагрузок, следующим шагом является агрегирование этих данных для расчета нагрузок на более высоких уровнях – на шинах распределительных и главных понижающих подстанций (ГПП).

1. Нагрузки на шинах цеховых трансформаторных подстанций (ТПЦ): Суммируются нагрузки всех питаемых от данной ТПЦ узлов. Здесь учитываются и потери в трансформаторе, которые зависят от его загрузки.
2. Нагрузки на сборных шинах распределительных пунктов (РП): Суммируются нагрузки всех ТПЦ, подключенных к данному РП, а также нагрузки собственных нужд РП.
3. Нагрузки на сборных шинах главных понижающих подстанций (ГПП): Это кульминация расчетов, где суммируются все нагрузки РП, ТПЦ (если они подключены напрямую к ГПП) и собственные нужды ГПП. На этом этапе также учитываются потери в высоковольтных сетях, связывающих различные подстанции.
4. Суммарная расчетная электрическая нагрузка предприятия в точке балансового разграничения с энергосистемой: Это конечная суммарная мощность, которую предприятие будет потреблять от внешней энергосистемы. Этот показатель является ключевым для заключения договора энергоснабжения, определения мощности вводных кабелей и выбора трансформаторов на ГПП.

Окончательный выбор числа и мощности трансформаторных подстанций производится с учетом выбранных средств компенсации реактивной мощности (КРМ), что позволяет оптимизировать загрузку трансформаторов и снизить потери.

Учет специфики пищевого производства при расчете нагрузок

При расчете электрических нагрузок для комплекса по производству овощных закусочных консервов необходимо учитывать следующие специфические факторы:

• Сезонность производства: Многие овощи имеют сезонный характер, что приводит к значительным колебаниям объемов производства в течение года. Это означает, что электрические нагрузки будут неравномерными. Проектирование должно учитывать как пиковые (сезон сбора урожая), так и минимальные (межсезонье) нагрузки, чтобы избежать переразмеренности оборудования или его недостаточной мощности в пиковые периоды. Возможно использование разных Kи и Kс для разных сезонов.
• Многосменность работы: Непрерывные технологические циклы (например, стерилизация, охлаждение) и необходимость быстрой переработки сырья часто требуют круглосуточной работы. Это приводит к длительной продолжительности использования оборудования и необходимости учитывать высокую продолжительность включения (ПВ) для электродвигателей.
• Пиковые нагрузки при запуске технологического оборудования: Запуск крупных электродвигателей насосов, компрессоров холодильных установок, вентиляторов, а также нагревательных элементов автоклавов может создавать значительные пусковые токи, которые в несколько раз превышают номинальные. Эти пики необходимо учитывать при выборе защитной аппаратуры и проверке оборудования на динамическую стойкость.
• Санитарно-гигиенические циклы: Процессы мойки и дезинфекции оборудования и помещений могут требовать работы насосов высокого давления, нагревательных элементов для горячей воды, систем вентиляции. Эти циклы могут не совпадать с основными производственными, создавая дополнительные, но прогнозируемые нагрузки.
• Гибкость производства: Возможность переналадки линий под разные виды продукции может влиять на состав и количество одновременно работающего оборудования. Система электроснабжения должна быть достаточно гибкой, чтобы адаптироваться к таким изменениям без значительных перестроек.

Учет этих факторов позволяет создать реалистичную и надежную модель электрических нагрузок, что является основой для эффективного и безопасного проектирования всей системы электроснабжения.

Выбор и обоснование средств компенсации реактивной мощности

В современном мире энергетической эффективности, компенсация реактивной мощности (КРМ) стала не просто желательной, а зачастую обязательной мерой для промышленных предприятий. Это не только способ избежать штрафов за низкий коэффициент мощности, но и мощный инструмент для снижения эксплуатационных затрат и повышения надежности всей электроэнергетической системы. Игнорирование этого аспекта может привести к серьезным переплатам и техническим проблемам.

Теоретические основы и влияние реактивной мощности

Представьте себе, что вы тянете тележку по рельсам. Если вы тянете ее строго вперед, вся ваша сила идет на перемещение. Но если вы тянете под углом, часть вашей силы будет направлена в сторону, не способствуя движению вперед. В электроэнергетике активная мощность (P) – это та сила, которая совершает полезную работу (двигает двигатели, нагревает, освещает). Реактивная мощность (Q) – это «боковая» сила, которая циркулирует между источником и потребителем, создавая электромагнитные поля в индуктивных элементах (двигатели, трансформаторы). Полная мощность (S) – это векторная сумма активной и реактивной мощности.

Коэффициент мощности (cos φ) численно равен косинусу угла между током и напряжением и определяется как отношение активной мощности (P) к полной мощности (S): cos φ = P / S. Чем ближе cos φ к единице, тем меньше доля реактивной мощности, потребляемой из сети.

Неблагоприятное влияние реактивной мощности:

1. Снижение пропускной способности сети: Передача реактивной мощности «забивает» провода и трансформаторы, оставляя меньше места для передачи полезной активной энергии. Это может снизить пропускную способность проводов и трансформаторов более чем на 10% при tg φ = 0,5 (что соответствует cos φ ≈ 0,89). Это означает, что для передачи той же активной мощности потребуется более мощное оборудование или кабели большего сечения.
2. Увеличение потерь активной мощности и электроэнергии: Дополнительный реактивный ток, циркулирующий в сети, вызывает дополнительные потери энергии в проводниках (I2R). При tg φ = 0,5 эти потери могут увеличиться примерно на 20% от суммарных потерь. В распределительных системах промышленных предприятий общие потери мощности колеблются от 2,5% до 7,5% от мощности нагрузки, и значительная их часть приходится на реактивную составляющую.
3. Перегрев и износ оборудования: Увеличенный ток из-за реактивной мощности приводит к перегреву кабелей, трансформаторов, коммутационной аппаратуры, что сокращает срок их службы, увеличивает частоту отказов и требует более частого ремонта.
4. Отклонение напряжения: Передача реактивной мощности вызывает значительные потери напряжения в сетях. Потери напряжения, обусловленные передачей реактивной мощности, составляют около 1/3 суммарных потерь напряжения в сетях 6–10 кВ и около 2/3 в сетях более высоких напряжений. Это приводит к снижению напряжения у потребителя, что негативно сказывается на работе электроприемников (снижение КПД двигателей, изменение светового потока ламп).
5. Дополнительные платежи: Энергоснабжающие организации штрафуют предприятия за низкий cos φ, поскольку им приходится компенсировать эту реактивную мощность в своей сети. Оплата за реактивную энергию может составлять от 12% до 50% от оплаты активной энергии.

Методика выбора и размещения компенсирующих устройств

Для компенсации индуктивной реактивной мощности наиболее широко используются конденсаторные установки (КУ). ПУЭ Глава 5.6 специально посвящена конденсаторным установкам до 500 кВ, присоединяемым параллельно индуктивным элементам для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения.

Принципы выбора и размещения:

1. Централизованная компенсация: КУ размещаются на шинах главных понижающих подстанций (ГПП) или цеховых трансформаторных подстанций (ТПЦ). Это позволяет компенсировать реактивную мощность для всего предприятия или для крупных цехов. Преимущество – простота обслуживания, недостаток – реактивная мощность все еще циркулирует по внутрицеховым сетям, вызывая потери.
2. Групповая компенсация: КУ устанавливаются для компенсации реактивной мощности группы мощных электроприемников (например, несколько двигателей одного цеха). Это снижает потери в распределительных сетях внутри цеха.
3. Индивидуальная компенсация: КУ подключаются непосредственно к зажимам мощных индуктивных потребителей (например, крупных асинхронных двигателей). Это наиболее эффективный способ, так как реактивная мощность практически не циркулирует по сети, а компенсируется непосредственно у источника потребления. Однако это дороже и сложнее в обслуживании.

Для комплекса по производству овощных консервов рекомендуется комбинированный подход:

• Централизованная компенсация на шинах ГПП или ТПЦ для общего улучшения cos φ предприятия.
• Групповая компенсация для крупных цехов с большим количеством асинхронных двигателей (например, цех мойки, нарезки, фасовки).
• Индивидуальная компенсация для наиболее мощных и постоянно работающих двигателей (например, компрессоров холодильных установок, мощных насосов).

Выбор и размещение КУ также производится исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах при поддержании необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости.

Расчет мощности компенсирующих устройств

Цель расчета – определить необходимую мощность компенсирующего устройства (обычно это конденсаторная батарея, QКУ) для повышения коэффициента мощности с текущего значения cos φ1 до желаемого cos φ2.

1. Определение исходных данных:
   • Pнагр — активная мощность нагрузки, кВт.
   • cos φ1 — текущий коэффициент мощности.
   • cos φ2 — желаемый коэффициент мощности (целевое значение, обычно 0,95-0,98).
2. Расчет tg φ до и после компенсации:
   • tg φ1 = √(1 / cos2φ1 - 1)
   • tg φ2 = √(1 / cos2φ2 - 1)
3. Расчет необходимой реактивной мощности компенсирующего устройства:
   • QКУ = Pнагр ⋅ (tg φ1 - tg φ2)

   Полученное значение QКУ округляется до ближайшего стандартного типоразмера конденсаторной установки.

Пример расчета снижения потерь активной энергии:
Снижение потребления активной энергии за счет увеличения cos φ может быть рассчитано по формуле:

ΔWс = ((1 / cos2φ1 - 1 / cos2φ2) / (1 / cos2φ1)) ⋅ Kп ⋅ 100%

где cos φ1 — косинус фи до компенсации, cos φ2 — косинус фи после компенсации, Kп — коэффициент потерь (например, 0,12, но может варьироваться).

Экономический эффект от внедрения компенсации реактивной мощности

Внедрение КРМ – это не просто техническое решение, а инвестиция, которая приносит существенные экономические выгоды.

1. Сокращение расхода электроэнергии и снижение платежей: Снижение потерь активной мощности в распределительных электрических сетях после установки батарей конденсаторов может составлять от 27% до 36% при улучшении коэффициента мощности с 0,8-0,85. Это напрямую транслируется в уменьшение ежемесячных счетов за электроэнергию, поскольку снижается плата за реактивную энергию, которая может достигать от 12% до 50% от оплаты активной энергии.
2. Снижение нагрузки на кабельные сети и трансформаторы: Компенсация реактивной мощности уменьшает ток, протекающий по линиям и через трансформаторы. Это позволяет:
   • Увеличить доступную мощность трансформатора: Например, при коэффициенте мощности 0,7 потери в трансформаторе номинальной мощностью 630 кВА составляли 6500 Вт. После компенсации до cos φ = 0,98 потери сократились до 3316 Вт, что составляет снижение на 49%. А при улучшении коэффициента мощности с 0,7 до 1,0, доступная мощность на выходе трансформатора может увеличиться до 43%. Это означает, что можно использовать существующие трансформаторы с большей эффективностью или выбрать трансформаторы меньшей мощности для нового объекта.
   • Сократить затраты на кабели: Уменьшение тока позволяет использовать кабели и коммутационное оборудование с меньшим сечением проводников. Стоимость прокладки кабеля может быть сокращена до 30%. При проектировании новых объектов это дает значительную экономию капитальных затрат.
3. Продление срока службы оборудования: Снижение нагрузок и перегрева трансформаторов, кабелей и коммутационной аппаратуры напрямую продлевает их ресурс, снижая затраты на ремонт и замену.
4. Быстрый срок окупаемости: Инвестиции в установки компенсации реактивной мощности обычно окупаются очень быстро – от полугода до года, что делает их одним из наиболее привлекательных энергосберегающих мероприятий. Внедрение компенсаторов реактивной мощности может снизить уровень энергопотребления до 40-50% от общего объема.
5. Повышение качества электроэнергии: Применение средств компенсации реактивной мощности способствует подавлению сетевых помех, предотвращает глубокие просадки напряжения и минимизирует несимметрию фаз. Системы компенсации в составе пассивных фильтров также могут снижать уровень высших гармоник, что улучшает качество электроэнергии и защищает чувствительное оборудование.

Таким образом, комплексная компенсация реактивной мощности – это стратегически важное решение, которое обеспечивает долгосрочную экономию, повышает надежность и качество электроснабжения, а также продлевает срок службы дорогостоящего оборудования.

Проектирование схемы электроснабжения и выбор основного электрооборудования

Проектирование схемы электроснабжения – это искусство балансирования между надежностью, экономичностью, безопасностью и удобством обслуживания. Для комплекса по производству овощных закусочных консервов, где бесперебойность технологического процесса критически важна, выбор оптимальной схемы и оборудования приобретает первостепенное значение.

Выбор схемы внешнего и внутреннего электроснабжения предприятия

Система электроснабжения промышленного предприятия должна обеспечивать надежность, удобство и безопасность в обслуживании, поддерживать необходимое качество электроэнергии и бесперебойность энергоснабжения в нормальном и послеаварийном режиме. Кроме того, она должна быть экономичной с точки зрения капитальных затрат, ежегодных расходов, потерь энергии и расхода материалов.

Выбор схемы внешнего электроснабжения:

Внешнее электроснабжение обычно реализуется через высоковольтные линии (6 кВ, 10 кВ, 35 кВ или 110 кВ), подключенные к региональной энергосистеме. Выбор напряжения и количества вводов зависит от суммарной мощности предприятия и категории надежности электроснабжения потребителей. Для I и II категорий необходимы два независимых источника питания. Это может быть реализовано:

• Двухлучевой схемой: Два независимых кабеля или воздушные линии от разных секций одной подстанции или от разных подстанций энергосистемы.
• Петлевой схемой: Кольцевая сеть, обеспечивающая питание с двух сторон, что повышает надежность.

Для комплекса по производству овощных закусочных консервов, с его значительной долей потребителей I и II категорий, наиболее целесообразно использовать двухлучевую схему внешнего электроснабжения от двух независимых источников или от двух секций сборных шин одной мощной подстанции. Это обеспечит резервирование и возможность бесперебойной работы даже при аварии на одном из вводов.

Выбор схемы внутреннего электроснабжения:

Внутри предприятия используются различные схемы распределения электроэнергии, зависящие от расположения цехов, их мощности и категории надежности.

1. Радиальная схема: Каждый цех или крупный потребитель питается отдельной линией от центральной распределительной подстанции (ЦРП) или главной понижающей подстанции (ГПП).
   • Преимущества: Высокая надежность для каждого потребителя, простота локализации повреждений.
   • Недостатки: Большой расход кабеля, высокая стоимость.
   • Применение: Для потребителей I и II категорий, а также для мощных цехов.
2. Магистральная схема: От одной магистральной линии (шинопровода или кабельной линии) питается несколько цеховых трансформаторных подстанций или распределительных пунктов.
   • Преимущества: Экономичность (меньший расход кабеля), простота монтажа.
   • Недостатки: Меньшая надежность (повреждение магистрали приводит к отключению всех подключенных потребителей).
   • Применение: Для потребителей III категории или в сочетании с радиальной схемой для резервирования.
3. Смешанная схема: Комбинация радиальной и магистральной схем. Является наиболее распространенной и оптимальной для крупных промышленных предприятий.

Для комплекса по производству овощных закусочных консервов рекомендуется смешанная схема:

• Для потребителей I и II категорий: Радиальные линии с автоматическим включением резерва (АВР) от двух независимых секций шин главной понижающей подстанции.
• Для потребителей III категории и вспомогательных цехов: Магистральные линии с возможностью секционирования.
• Внутри цехов: Использование распределительных шинопроводов для питания групп электроприемников, что обеспечивает гибкость и простоту подключения нового оборудования.

При проектировании систем электроснабжения следует учитывать необходимость резервирования основных узлов и ключевых элементов системы (источников питания, распределительного оборудования) для обеспечения надежности и экономичности.

Расчет и выбор силовых трансформаторов и распределительных устройств

Выбор силовых трансформаторов и распределительных устройств – это один из наиболее капиталоемких этапов проектирования. От правильности выбора зависят не только первоначальные инвестиции, но и эксплуатационные расходы, а также надежность всей системы.

Выбор числа и мощности цеховых трансформаторных подстанций (ТПЦ) и силовых трансформаторов:

1. Определение расчетных нагрузок: Используются данные, полученные на этапе расчета электрических нагрузок (Pр, Qр, Sр) для каждого цеха или группы потребителей.
2. Учет перспективного развития: Необходимо заложить резерв мощности (обычно 15-25%) для возможного расширения производства или установки нового оборудования.
3. Количество трансформаторов в ТПЦ:
   • Для потребителей I и II категорий: Два трансформатора, работающих параллельно или с автоматическим включением резерва. Это обеспечивает непрерывность питания при выходе из строя одного из трансформаторов.
   • Для потребителей III категории: Один трансформатор.
4. Выбор номинальной мощности трансформатора: Номинальная мощность выбирается по стандартному ряду (например, 250, 400, 630, 1000, 1600, 2500 кВА), исходя из расчетной полной мощности Sр с учетом коэффициента загрузки (обычно 0,7-0,85). Важно учитывать, что окончательный выбор производится с учетом выбранных средств компенсации реактивной мощности, так как КРМ позволяет уменьшить полную мощность и, соответственно, выбрать трансформатор меньшей мощности.
5. Напряжение 660В: Использование напряжения 660В в низковольтных сетях позволяет применять более мощные цеховые трансформаторы (до 2500 кВА) и снижать токи в линиях, что приводит к уменьшению потерь и экономии на сечении кабелей. Это особенно актуально для крупных цехов с мощными двигателями.

Требования ГОСТ к силовым трансформаторам:

• ГОСТ Р 52719-2007 устанавливает общие технические условия для силовых трансформаторов общего назначения (разработанных после 1 января 2008 г.), за исключением трансформаторов малой мощности и специальных.
• Нормальные условия эксплуатации: высота над уровнем моря не более 1000 м.
• Предпочтительные номинальные мощности: ГОСТ 9680.
• Номинальные напряжения: ГОСТ 721 и ГОСТ 21128.
• Номинальная частота: 50 Гц по ГОСТ 32144.
• Схемы и группы соединения обмоток: Приложение Б ГОСТ Р 52719-2007.
• Трансформаторы с расщепленной обмоткой НН: номинальная мощность каждой части должна быть, как правило, 50% номинальной мощности трансформатора. Такие трансформаторы особенно полезны для питания разных групп потребителей с целью повышения надежности и ограничения токов КЗ.

Выбор распределительных устройств (РУ):
РУ (комплектные распределительные устройства — КРУ, камеры сборные одностороннего обслуживания — КСО) выбираются по номинальному напряжению, току, отключающей способности коммутационных аппаратов и условиям окружающей среды. Для пищевого производства важны исполнения, устойчивые к влаге и агрессивным средам (IP-код).

Выбор коммутационно-защитной аппаратуры

Коммутационно-защитная аппаратура – это «нервная система» электроснабжения, обеспечивающая управление потоками энергии и защиту от аварийных режимов.

Классификация аппаратов:

• Коммутационные аппараты: предназначены для включения и выключения электрических цепей. К ним относятся рубильники, выключатели нагрузки, контакторы, магнитные пускатели.
• Защитные аппараты: предназначены для защиты элементов сети и электрооборудования при нарушении нормальных условий эксплуатации (перегрузки, короткие замыкания, снижения напряжения). К ним относятся автоматические выключатели, плавкие предохранители, тепловые реле.

Принципы выбора:

1. Соответствие номинальным параметрам сети и нагрузки:
   • Номинальное напряжение аппарата: Должно быть не ниже номинального напряжения сети.
   • Номинальный ток аппарата: Должен быть не меньше расчетного длительного тока питаемой линии (Iрасч). Номинальный ток — это наибольший длительный ток, при котором температура нагрева токоведущих частей и изоляции не превышает установленного нормами значения.
   • Род тока: Аппарат должен соответствовать роду тока сети (переменный, постоянный).
2. Защита от перегрузок и коротких замыканий:
   • Автоматические выключатели: Предпочтительнее предохранителей, так как упрощают обслуживание, не требуют замены элементов и обеспечивают более точную и быструю защиту. При выборе АВ учитывают:
     • Тип расцепителя: Электромагнитный (мгновенное срабатывание при КЗ) и тепловой (срабатывание с выдержкой времени при перегрузке).
     • Ток уставки мгновенного срабатывания (Iсраб): Должен быть выше пусковых токов защищаемого электроприемника, но ниже тока КЗ.
     • Отключающая способность (Iном.откл): Максимальный ток КЗ, который выключатель способен отключить без повреждений. Должна быть больше или равна расчетному току КЗ в точке установки аппарата.
   • Плавкие предохранители: Просты и надежны, но требуют замены после срабатывания. Могут использоваться для защиты цепей с небольшими токами или там, где стоимость АВ нецелесообразна.
   • Тепловые реле: Используются для защиты электродвигателей от длительных перегрузок.
3. Селективность срабатывания защиты: Очень важный принцип, означающий, что при возникновении КЗ или перегрузки должен отключаться только ближайший к месту повреждения защитный аппарат, оставляя остальную часть сети под напряжением. Это достигается правильным выбором время-токовых характеристик аппаратов: выключатель со стороны нагрузки должен срабатывать раньше, чем выключатель со стороны питания.
4. Условия окружающей среды: Для пищевого производства критически важна степень защиты оболочки аппарата по ГОСТ 14254-2015 (IP-код). В влажных и агрессивных средах (цеха мойки, стерилизации) требуются аппараты с IP54, IP65 или выше. Необходимо учитывать коэффициенты снижения номинальных токов, как правило, указанные в каталогах и ТУ производителей, если условия теплоотдачи ухудшаются (например, высокая температура окружающей среды, установка в закрытых шкафах без вентиляции).

Нормативная база:

• ГОСТ 12434-83 (ныне ГОСТ IEC 60947-1-2017) устанавливает общие технические условия для низковольтных коммутационных аппаратов общего назначения на переменное напряжение до 1000 В и постоянное до 1200 В.
• ГОСТ IEC 60947-6-1—2024 распространяется на низковольтную аппаратуру распределения и управления, включая многофункциональную коммутационную аппаратуру переключения.

Систематизация выбора:
Для удобства и прозрачности, проверка выбранных аппаратов защиты на соответствие условиям выбора рекомендуется систематизировать и представлять в табличной форме, включая все расчетные и номинальные параметры.

Расчет токов короткого замыкания и проектирование заземляющего устройства

Безопасность любой электроустановки напрямую зависит от корректности расчета токов короткого замыкания (КЗ) и грамотного проектирования заземляющего устройства (ЗУ). Эти два аспекта неразрывно связаны: ток КЗ определяет требования к оборудованию по термической и динамической стойкости, а ЗУ обеспечивает безопасность персонала и электрооборудования при аварийных режимах.

Методика расчета токов короткого замыкания

Короткое замыкание – это аварийный режим, возникающий при замыкании между фазами, фазой и землей, или фазой и нейтралью. Токи КЗ могут достигать огромных значений, значительно превышающих номинальные токи оборудования, что приводит к его разрушению, пожарам и травмам персонала.

Цели расчета токов КЗ:

• Выбор коммутационной и защитной аппаратуры по отключающей способности и электродинамической стойкости.
• Выбор проводников и кабелей по термической стойкости.
• Установка уставок релейной защиты.
• Проверка электрооборудования на механическую прочность.

Методы расчета токов КЗ:

1. Метод от источника неограниченной мощности: Это упрощенный метод, применяемый, когда параметры генераторов, трансформаторов и других элементов наиболее удаленной от точки КЗ части энергосистемы неизвестны или их влияние незначительно. В этом случае энергосистема представляется как источник энергии с неизменной по амплитуде ЭДС и результирующим эквивалентным индуктивным сопротивлением. Этот метод дает завышенные значения токов КЗ, что обеспечивает запас прочности.
2. Метод расчета в именованных и относительных единицах:
   • В именованных единицах: Используются реальные значения сопротивлений всех элементов цепи (генераторы, трансформаторы, линии, реакторы) до точки КЗ. Это наиболее точный, но и трудоемкий метод.
   • В относительных единицах: Все параметры цепи приводятся к единой базовой мощности и базовому напряжению. Это значительно упрощает расчеты, особенно для сложных разветвленных сетей.
3. Расчет для понизительных подстанций: Особое внимание уделяется расчетам КЗ на шинах и отходящих линиях цеховых трансформаторных подстанций, поскольку именно здесь чаще всего возникают повреждения.

Расчетное время воздействия при КЗ:
При расчете термической стойкости оборудования (кабелей, шин) в качестве расчетного времени воздействия КЗ следует принимать сумму времени действия основной защиты и полного времени отключения выключателя.

• Для рабочих мест распределительных устройств (РУ): Принимается время действия основной быстродействующей защиты (с учетом действия АПВ), установленной у ближайшего к месту КЗ выключателя, и полного времени отключения этого выключателя.
• Для проверки кабелей на невозгораемость при КЗ в остальной части сети: В качестве расчетной продолжительности КЗ следует принимать время действия резервной защиты. Резервная защита действует с выдержкой времени, чтобы дать возможность сработать основной защите.

Пример (упрощенный) расчета тока КЗ:
Ток трехфазного КЗ на шинах низковольтной стороны трансформатора:

IКЗ = Sном.тр / (ZКЗ ⋅ Uн.нн)

где Sном.тр – номинальная мощность трансформатора, ZКЗ – полное сопротивление короткого замыкания трансформатора (можно рассчитать через напряжение короткого замыкания uК), Uн.нн – номинальное напряжение низковольтной обмотки.
В реальных расчетах учитывается сопротивление всей цепи до точки КЗ, включая сопротивление внешней сети, линии, трансформатора и т.д.

Проектирование заземляющего устройства

Заземляющее устройство (ЗУ) – это комплекс проводников, обеспечивающих надежное электрическое соединение электроустановки с землей. Его главная задача – защита людей от поражения электрическим током и обеспечение нормальной работы электрооборудования при авариях.

Требования к ЗУ согласно ГОСТ Р 58882-2020:
Этот стандарт распространяется на заземляющие устройства для объектов электроэнергетики, электроустановок промышленных, жилых и административных зданий и сооружений, объектов связи и транспорта. Он устанавливает технические требования к системам выравнивания и уравнивания потенциалов, заземлителям и заземляющим проводникам.

Классификация ЗУ:

• По назначению: ЗУ электроустановок напряжением до 1 кВ, ЗУ электроустановок напряжением выше 1 кВ, ЗУ молниезащиты, ЗУ взрыво- и пожароопасных объектов.
• По выполняемым функциям: Защитное, помехозащитное, молниезащитное, рабочее заземление.

Основные принципы проектирования ЗУ:

1. Присоединение всех металлических конструкций: К ЗУ присоединяют все находящиеся в здании металлические конструкции: рамы, рельсы, балки, железобетонная арматура, кабельные лотки и каналы, корпуса электрооборудования. Это необходимо для создания системы уравнивания потенциалов, которая предотвращает возникновение опасных напряжений прикосновения и шага.
2. Замкнутые контуры магистралей заземления: Магистрали заземления должны образовывать замкнутые контуры по внутренним периметрам помещений здания. Это повышает надежность и снижает сопротивление растеканию тока.
3. Соединение на разных отметках: Магистрали заземления, расположенные на разных отметках зданий, должны последовательно соединяться между собой не менее чем в двух точках.
4. Расчет сопротивления ЗУ: Сопротивление ЗУ должно соответствовать нормативным требованиям (обычно не более 4 Ом для электроустановок до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью), что достигается выбором количества и размеров заземлителей (вертикальных и горизонтальных электродов).

Особенности проектирования заземления в условиях пищевой промышленности:

• Повышенные требования к гигиене: Конструкция заземляющих проводников и мест их присоединения должна исключать скопление грязи, быть легкодоступной для очистки и дезинфекции.
• Агрессивные среды: В зонах с высокой влажностью, присутствием кислот или щелочей (например, при мойке оборудования) необходимо использовать заземляющие проводники из коррозионностойких материалов (например, нержавеющая сталь) или с защитными покрытиями.
• Защитное зануление/заземление: Для электроустановок до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью (система TN-C-S или TN-S) применяется защитное зануление, при котором корпуса электрооборудования соединяются с нейтральным проводником. При этом все открытые проводящие части должны быть соединены с главной заземляющей шиной (ГЗШ).
• Выравнивание потенциалов: В помещениях с повышенной опасностью (сырые, особо сырые) обязательно устройство дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющей все одновременно доступные для прикосновения открытые проводящие части и сторонние проводящие части.

Правильное проектирование ЗУ – это залог безопасности персонала, работающего на комплексе по производству овощных закусочных консервов, и защита дорогостоящего оборудования от повреждений при авариях.

Технико-экономическое обоснование проекта

Технико-экономическое обоснование (ТЭО) – это заключительный и критически важный этап проектирования, позволяющий выбрать наиболее оптимальный вариант системы электроснабжения из нескольких возможных. Для промышленных предприятий, таких как комплекс по производству овощных закусочных консервов, характерна многовариантность решений, поэтому систематизированный подход к ТЭО необходим.

Условия сопоставимости вариантов

Для того чтобы сравнение различных вариантов было корректным и приводило к объективным выводам, необходимо соблюдать следующие условия сопоставимости:

1. Технические условия:
   • Одинаковые режимы работы: Все сравниваемые варианты должны обеспечивать одинаковую надежность электроснабжения (например, соответствовать требуемой категории надежности для потребителей), идентичное качество электроэнергии (по ГОСТ 32144-2013) и одинаковую функциональность.
   • Оптимальные режимы эксплуатации: Каждый вариант должен быть проанализирован с учетом его работы в оптимальных режимах (например, трансформаторы должны быть загружены оптимально, компенсация реактивной мощности должна быть рассчитана для достижения целевого cos φ).
   • Соответствие нормам: Каждый рассматриваемый вариант должен строго соответствовать требованиям ПУЭ, СНиП, ГОСТ, директивным материалам и отраслевым инструкциям.
2. Экономические условия:
   • Единый уровень цен: Все расчеты (капитальные вложения, эксплуатационные расходы) должны производиться на основе цен, действующих на одну и ту же дату (например, 21.10.2025), с учетом одинаковых ставок налогов, тарифов на электроэнергию и других экономических показателей.
   • Достижимость принятых уровней развития техники: Сравниваемые варианты должны основываться на реальных и доступных на рынке технологиях и оборудовании.
   • Одинаковый горизонт планирования: Срок службы оборудования и периоды расчетов должны быть сопоставимы.

При технико-экономических расчетах систем промышленного электроснабжения варианты сравнения могут быть сведены, например, к выбору трансформаторов ГПП с разными коэффициентами загрузки, или к выбору двухобмоточных или трехобмоточных трансформаторов ГПП. При наличии специфической нагрузки (например, мощных преобразователей) может потребоваться раздельное питание «спокойной» и «ударной» нагрузки.

Методы экономической оценки эффективности инвестиций

Экономические (стоимостные) показатели в большинстве случаев являются решающими при технико-экономических расчетах. Современные методы экономической оценки эффективности инвестиций можно свести к четырем основным видам, но для курсовой работы чаще всего используются традиционные подходы.

1. Метод срока окупаемости (основной критерий):
   • Это наиболее простой и широко применяемый метод. Он определяет, за какой период времени капитальные вложения будут возмещены за счет полученной прибыли или экономии эксплуатационных расходов.
   • Показатели:
     • Капитальные вложения (К): Затраты на проектирование, приобретение оборудования, монтаж, пусконаладку. Укрупненные показатели стоимости (УПС) элементов системы электроснабжения и УПС сооружения подстанций в целом могут быть использованы для сравнительных расчетов. Важно отметить, что УПС не применяют для определения реальной стоимости объекта, а используют именно при сравнительных расчетах вариантов.
     • Ежегодные (текущие) эксплуатационные расходы (Э): Включают амортизационные отчисления, затраты на ремонт и обслуживание, потери электроэнергии (активной и реактивной), заработную плату персонала, налоги.
   • Формула срока окупаемости: Tок = (К2 - К1) / (Э1 - Э2), где К1, К2 — капитальные вложения по сравниваемым вариантам, Э1, Э2 — ежегодные эксплуатационные расходы. Выбирается вариант с меньшим сроком окупаемости (или с меньшими приведенными затратами).
2. Традиционные методы сравнительной эффективности капиталовложений (приведенные затраты):
   • Приведенные затраты (З) = Капитальные вложения (К) + Ежегодные эксплуатационные расходы (Э) ⋅ Коэффициент эффективности капиталовложений (Е_н).
   • З = К + Э ⋅ Ен
   • Выбирается вариант с минимальными приведенными затратами. Коэффициент Ен устанавливается нормативными документами и отражает требования к минимальной эффективности инвестиций.
3. Простые критерии эффективности инвестиций:
   • Чистый дисконтированный доход (NPV): Учитывает временную стоимость денег, дисконтируя будущие денежные потоки к текущему моменту.
   • Индекс рентабельности (PI).
   • Внутренняя норма доходности (IRR).

   Эти методы более сложны, но дают более точную картину эффективности инвестиций с учетом фактора времени.

Выбор оптимального варианта

На основе проведенных расчетов капитальных вложений и ежегодных эксплуатационных расходов для каждого из разработанных вариантов системы электроснабжения (например, различные схемы распределения, количество и мощность трансформаторов, наличие/отсутствие КРМ или различные подходы к ней), производится их сравнение.

Процесс выбора:

1. Формирование вариантов: Создаются 2-3 принципиально отличающихся, но технически реализуемых варианта системы электроснабжения.
2. Расчет капитальных вложений: Определение стоимости оборудования, монтажных работ, проектных работ для каждого варианта.
3. Расчет эксплуатационных расходов: Оценка ежегодных затрат на электроэнергию (с учетом потерь и штрафов за реактивную мощность), амортизацию, обслуживание, ремонт.
4. Применение критериев оценки: Расчет срока окупаемости или приведенных затрат для каждого варианта.
5. Анализ результатов: Выбор наиболее экономичного и надежного варианта, который обеспечивает требуемый уровень безопасности и качества электроэнергии для комплекса по производству овощных закусочных консервов.

Пример: Сравнение варианта с установкой компенсирующих устройств и без них.

• Вариант 1 (без КРМ): Выше потери активной мощности, штрафы за реактивную мощность, выше нагрузка на трансформаторы и кабели, что может потребовать оборудования большей мощности и сечения.
• Вариант 2 (с КРМ): Дополнительные капитальные вложения на приобретение и монтаж КУ, но значительная экономия на эксплуатационных расходах (снижение платежей за электроэнергию, уменьшение потерь), возможность использования трансформаторов и кабелей меньшего сечения (экономия на капитальных вложениях в основное оборудование), продление срока службы оборудования.

ТЭО должно четко обосновать, почему выбранный вариант является оптимальным, приводя конкретные цифровые показатели экономии и преимуществ перед другими решениями, тем самым подтверждая его практическую и экономическую целесообразность.

Заключение

В рамках данной курсовой работы был разработан систематический и детализированный план по проектированию системы электроснабжения (ЭСН) и выбору электрооборудования (ЭО) для комплекса по производству овощных закусочных консервов. Цели работы – предоставить исчерпывающее руководство, соответствующее академическим стандартам и методическим указаниям, были полностью достигнуты.

В процессе выполнения работы были последовательно решены следующие ключевые задачи:

1. Общая характеристика объекта и исходные данные: Проведен анализ технологического процесса производства овощных консервов, выявлена его специфика, влияющая на электроснабжение. Осуществлена классификация помещений по взрыво-, пожаро-, электробезопасности с обоснованием выбора оборудования. Определены категории надежности электроснабжения для различных электроприемников комплекса, что стало отправной точкой для проектирования резервирования.
2. Расчет электрических нагрузок: Представлена методика расчета электрических нагрузок с учетом специфики пищевого производства, включая детализацию для низковольтных и высоковольтных уровней, а также учет сезонности и пиковых нагрузок.
3. Выбор и обоснование средств компенсации реактивной мощности: Глубоко проанализировано влияние реактивной мощности на параметры сети, выбрана оптимальная схема и рассчитана мощность компенсирующих устройств. Детально обоснован экономический эффект от внедрения КРМ, который включает значительное сокращение энергопотребления, снижение потерь и быструю окупаемость инвестиций.
4. Проектирование схемы электроснабжения и выбор основного электрооборудования: Разработана принципиальная схема внешнего и внутреннего электроснабжения. Выбраны силовые трансформаторы и распределительные устройства с учетом расчетных нагрузок, перспективного развития и нормативных требований. Подобрана коммутационно-защитная аппаратура, обеспечивающая селективность и надежность работы системы.
5. Расчет токов короткого замыкания и проектирование заземляющего устройства: Изложены методики расчета токов КЗ для проверки оборудования на стойкость. Разработана система защитного заземления, соответствующая требованиям безопасности и специфике пищевой промышленности.
6. Технико-экономическое обоснование проекта: Определены условия сопоставимости вариантов и применены методы экономической оценки эффективности инвестиций для выбора наиболее оптимального решения.

В итоге, разработанная система электроснабжения для комплекса по производству овощных закусочных консервов представляет собой надежное, безопасное и экономически обоснованное решение. Она полностью соответствует всем требованиям нормативно-технической документации РФ (ПУЭ, ГОСТ, СП), обеспечивает высокое качество электроэнергии и бесперебойную работу технологического оборудования, что критически важно для непрерывного производственного цикла и поддержания качества выпускаемой продукции. Практическая ценность полученных решений заключается в их применимости для реального проектирования, демонстрируя глубину понимания инженерных задач и способность к комплексному анализу.

Список использованной литературы

1. СП 31-110-2003 Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий.
2. ПУЭ. Раздел 1. Глава 1.2. Электроснабжение и электрические сети. Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности.
3. ПУЭ: Глава 5.6. Конденсаторные установки / Раздел 5.
4. ГОСТ Р 52719-2007 Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
5. ГОСТ 11677-85* Трансформаторы силовые. Общие технические условия.
6. ГОСТ Р 58882-2020 Заземляющие устройства. Системы уравнивания потенциалов. Заземлители. Заземляющие проводники. Технические требования.
7. ГОСТ IEC 60947-6-1— 2024 Аппаратура распределения и управления низковольтная.
8. РТМ 36.18.32.4-92* Указания по расчету электрических нагрузок.
9. ВНТП 12-94к Нормы технологического проектирования предприятий плодоовощной консервной промышленности, Москва, 1994 г.
10. Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Энергоатомиздат, 1989.
11. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 1990.
12. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. М.: Мастерство, 2001.
13. Сибинин Ю.Д. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 2003.
14. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию / Под ред. Фёдорова А.А. М.: Энергоатомиздат, 1989.
15. Расчет электрических нагрузок промышленных предприятий. Методические указания. — БНТУ. URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/32688/Raschet_elektricheskih_nagruzok_promyshlennyh_predpriyatiy.pdf
16. Технико-экономическое сравнение и выбор варианта схемы электроснабжения (Методические материалы). URL: https://www.studmed.ru/view/tehniko-ekonomicheskoe-sravnenie-i-vybor-varianta-shemy-elektrosnabzheniya_b3762886c55.html
17. Анализ существующих систем электроснабжения промышленных предприятий, как фактор повышения их эффективности. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-suschestvuyuschih-sistem-elektrosnabzheniya-promyshlennyh-predpriyatiy-kak-faktor-povysheniya-ih-effektivnosti
18. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehniko-ekonomicheskoe-sravnenie-variantov-sistem-elektrosnabzheniya
19. 8. Технико-экономические расчеты в электроснабжении. 8.1. Выбор рациональной схемы электроснабжения. URL: https://docs.yandex.ru/docs/view?url=ya-browser%3A%2F%2F4d003e0591e033d52c6f3769910d9f481c4e12e1a3ae6c16922cfb944203fc91%2Fhtml%252Fpage1.html&name=%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%20%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B0%D0%B1%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F.pdf&mime=application%2Fpdf&l10n=ru&key=928a39a04a600c0a312051659a8508e6
20. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ — Северо-Кавказская государственная академия. URL: https://skgmi.ru/wp-content/uploads/2021/04/%D0%A1%D0%98%D0%A1%D0%A2%D0%95%D0%9C%D0%AB-%D0%AD%D0%9B%D0%95%D0%9A%D0%A2%D0%A0%D0%9E%D0%A1%D0%9D%D0%90%D0%91%D0%96%D0%95%D0%9D%D0%98%D0%AF-%D0%93%D0%9E%D0%A0%D0%9E%D0%94%D0%9E%D0%92-%D0%98-%D0%9F%D0%A0%D0%9E%D0%9C%D0%AB%D0%A8%D0%9B%D0%95%D0%9D%D0%9D%D0%AB%D0%A5-%D0%9F%D0%A0%D0%95%D0%94%D0%9F%D0%A0%D0%98%D0%AF%D0%A2%D0%98%D0%99.pdf
21. Плюсы от внедрения компенсаторов реактивной мощности. URL: https://ru-engineering.ru/articles/plyusy-ot-vnedreniya-kompensatorov-reaktivnoy-moshchnosti
22. Выбор защитной и коммутационной аппаратуры. URL: https://www.studmed.ru/view/vybor-zaschitnoy-i-kommutacionnoy-apparatury_74a58406f52.html
23. Главные требования, предъявляемые к системам промышленного электроснабжения. URL: https://promvest.info/ru/glavnye-trebovaniya-predyavlyaemye-k-sistemam-promyshlennogo-elektrosnabzheniya/
24. Электроснабжение промышленных предприятий: основные требования. URL: https://elektro.info/article/electrosnabjenie-promyshlennyh-predpriyatiy-osnovnye-trebovaniya
25. Категория надежности электроснабжения: классификация, значение, меры повышения. URL: https://www.elec.ru/articles/kategoriya-nadezhnosti-elektrosnabzheniya-klassifikaciya-znachenie-mery-povysheniya/
26. Категории надежности электроснабжения (1, 2 и 3) и дизель-генераторы. URL: https://tex-expo.ru/kategorii-nadezhnosti-elektrosnabzheniya-1-2-i-3-i-dizel-generatory
27. Экономический эффект внедрения и стоимость конденсаторных установок КРМ. URL: https://mircon.ru/stati/ekonomicheskiy-effekt-ot-vnedreniya-i-stoimost-kondensatornyh-ustanovok-krm
28. 5. Коммутационные и защитные аппараты. URL: http://eleco.ru/files/docs/322.pdf